Cos’hanno di speciale i composti aromatici? Si OK, hanno la particolarità di essere profumati (da qui il nome “aromatici”), ma di questo nella chimica organica ce ne frega poco.

La proprietà fondamentale di questi composti (chiamati anche idrocarburi aromatici), è la  stabilità.

Io li adoro, ma anche la natura! Considera ad esempio che molti farmaci (adesso non ho le statistiche alla mano), ma quasi sicuramente oltre il 65% contengono almeno una porzione aromatica. 

Te ne parlo in modo più dettagliato…

 

Il benzene

Il benzene rappresenta il composto aromatico per eccellenza. La struttura del benzene (la cui formula è C6H6) è quella che vedi in basso (sono uguali, solo che a destra ho omesso gli idrogeni).

Struttura del Benzene

Friedrich August Kekulé fu il primo a capire che non erano tre semplici legami, ma formavano qualcosa che andava ben oltre. Non sapeva però spiegarselo, finché un giorno non fece un sogno strano. Sognò gli atomi e tutto ad un tratto dei serpenti. Tra questi ce n’era uno che si mordeva la coda.

Si svegliò tutto d’un tratto ed elaborò la sua tesi per tutta la notte. Capì così che gli elettroni dei doppi legami si muovevano (risuonavano) in modo talmente veloce da formare un unico sistema circolare: il sistema aromatico.

Vedi quanto può essere figo – a volte – fare lo scienziato?

Nell’immagine puoi vedere nella pratica la scoperta di Kekulé, dove gli elettroni risuonano in quello che io chiamo unico “mega doppio legame”.

Le due strutture Limite Benzene

 

Stabilità e Reazioni

Gli idrocarburi aromatici hanno la caratteristica di essere molto stabili, proprio grazie all’anello aromatico. Infatti, fai molta attenzione perché non reagiscono come gli alcheni, ma solo mediante determinati tipi di reazione, come la sostituzione elettrofila aromatica e la sostituzione nucleofila aromatica.

 

Come riconoscere i composti aromatici?

Nella chimica organica ci sono una serie di regole per capire se un composto è effettivamente aromatico, oppure no. Ti elencherò prima quali sono, per poi farti degli esempi pratici.

Innanzitutto deve essere un ciclo. Questo è il primo requisito. Altrimenti salta tutto (metaforicamente parlando).

In secondo luogo, tutti gli atomi del ciclo devono essere ibridati sp2. Ti ricordi che significa? Che ci sono 3 orbitali sp2 + 1 orbitale p. Proprio in questi ultimi, risuoneranno gli elettroni del sistema aromatico.

Illustrazione degli orbitali p che compongono il sistema aromatico

Nella prima puoi vedere come l’orbitale p si trova sia sopra che sotto il piano rispetto ad un atomo di carbonio. Nella seconda ovviamente li vedi in tutto il ciclo e nella terza puoi vedere all’opera il sistema aromatico in cui gli elettroni si muovono in una sorta di “circuito automobilistico in 3D“. La conseguenza è una molecola molto stabile.

La regola di Huckel

La regola di Huckel permette di capire in meno di 1 secondo se un idrocarburo è aromatico. Come? Si contano gli elettroni che si trovano nell’orbitale p, e se combaciano con la regola 4n+2 (dove “n” è un numero intero, es: n=1,2,3,…), allora significa che il composto è aromatico. Nella stragrande maggioranza dei casi, ti basterà ricordare 3 numeri in croce (anzi, nel 90% dei casi solo 1), poi ti dico quali. Ma prima ti faccio un esempio.

Secondo Huckel un composto per essere aromatico deve avere 4n+2 elettroni nell'orbitale p

Il benzene è aromatico? Bhé, ne è l’esempio per eccellenza. Ma verifichiamo se è davvero così o se magari gli scienziati – incluso Kekulé con i suoi sogni – si sono confusi. Conto gli elettroni nell’orbitale p, in questo caso direttamente quelli del doppio legame e quanti ce ne sono (ricorda, 2 elettroni per ogni legame π).

Conta degli elettroni π benzene che sono 6

Come vedi dall’immagine, ci sono 6 elettroni. Applico la regola 4n+2. e se faccio valere n=1, diventa 4×1+2=6. Ok, se ha 6 elettroni il composto è aromatico! Gli scienziati possono continuare a dormire sonni tranquilli.

 

Ti mostro adesso il naftalene, il più semplice degli idrocarburi aromatici policiclici (con 2 o più anelli legati insieme). Anche in questo caso vado a contare gli elettroni dei doppi legami, perché sicuramente si trovano nell’orbitale p.

conta degli Elettroni π del Naftalene che sono 10

Ce ne sono 10. Se faccio valere n=2, diventa 4×2+2=10. Perfetto, anche questo è ok.

trucchetto menmonicoP.S. Nella maggior parte dei casi ti basterà ricordare semplicemente 6 (nel 90% dei casi), 10 e 14 elettroni, senza doverti mettere a fare il calcolo ogni volta.

 

Attenzione a non confonderti

Vuoi vedere anche qualche composto che invece sembra aromatico ma non lo è? Guarda questi due esempi che somigliano molto alle molecole già viste.

due esercizi sull'aromaticità degli idrocarburi

Come puoi vedere, nel #1 ci sono 4 elettroni π, mentre nel #2 ce ne sono 8. In nessun caso con la regola di Huckel, 4n+2 potrò ottenere 4 o 8, di conseguenza non sono aromatici.

 

Molecole più importanti (e attenzione a questo errore)

I composti aromatici più importanti sono generalmente quelli che hanno 6 elettroni negli orbitali p. Nel benzene questi sono evidenti perché sono quelli che formano i doppi legami, mentre in molecole come il furano, i 2 elettroni li condivide l’atomo di ossigeno.

Attenzione: ricorda che il requisito è l’ibridzione sp2 degli atomi che compongono il ciclo. Sp2 significa che c’è un solo orbitale p per ogni atomo. Per farla breve, puoi contare al massimo 2 elettroni per ogni atomo.

 

Ti mostro proprio l’esempio pratico del furano, dove considero solo 1 dei 2 doppietti liberi dell’ossigeno.

L'ossigeno del furano condivide 2 elettroni con il sistema aromatico

Come vedi, il totale fa sei e quindi lo annovero tra le sostanze “profumate”.

Ecco la lista delle molecole più importanti con 6 e– :

Molecola di Furano

Furano

Tiofene anche chiamato tiofurano

Tiofene (tiofurano)

Pirrolo

Pirrolo

La piridina è un composto aromatico

Piridina

 

Orto, Meta e Para

Quando questo tipo di idrocarburi legano 2 sostituenti diversi, questi ultimi possono essere messi in relazione tra loro con i termini orto, meta e para. Dove, con il termine:

  • orto, si indica che i sostituenti si trovano legati ad atomi adiacenti;
  • meta, ad un atomo di distanza;
  • para, in posizioni opposte;

Per capire al meglio questa tipologia di nomenclatura, ti consiglio di leggere questa guida sulle posizioni orto meta para.